湖北地区上地幔各向异性及其动力学意义

SKS波分裂测量是研究大陆地幔的形变特征、探索大陆动力学和演化过程的重要工具.本文选用湖北数字地震台网(HB台网)和中国数字化宽频带地震台网(CB台网)提供的三分量宽频带数字化地震资料,使用旋转相关法和切向能量最小法,计算得到了湖北地区20个地震台站下方上地幔各向异性参数.结果表明,快波偏振方向较为复杂:大别造山带内,...     

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.     

喜马拉雅东构造结及周边地区地壳各向异性特征

利用喜马拉雅东构造结及周边地区的48个宽频带地震台站记录的远震波形数据,通过Pms波分裂测量得到了 295对地壳各向异性横波分裂参数,获得了研究区的地壳各向异性图像.喜马拉雅东构造结的快波偏振方向主要为NE-SW方向,周边地区的快波偏振方向呈现出绕东构造结顺时针旋转的趋势.Pms波分裂的慢波延迟时间范围为0.11～0.30 s,平均值为0.24 s.对比分析研究区内Pms波分裂、近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的结果发现,上地壳各向异性对Pms波分裂影响有限,地壳各向异性主要来自于中下地壳矿物和熔体的定向排列;地壳各向异性对SKS波分裂影响较小,SKS波分裂主要反映了上地幔的各向异性特征;Pms波分裂的快波偏振方向与近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的快波偏振方向表现出较好的一致性,并且与地表构造和变形特征具有较好的相关性,反映了喜马拉雅东构造结及周边地区的岩石圈变形可能为垂直连贯变形模式.     

中国大陆上地幔各向异性和壳幔变形模式

近10年来,中国布设的宽频带地震台站大幅度增加.宽频带地震记录中含有大量的剪切波分裂信息,它在揭示中国大陆上地幔的各向异性特征起重要作用.本文对这些台站的远震SKS和(或)SKKS记录,采用最小切向能量的分析方法,确定各台站剪切波分裂的快波偏振方向和延迟时间.此外,还收集了前人在中国大陆及其周边地区的剪切波分裂研究的部分结果,形成拥有1020个剪切波分裂参数对的数据集.这些分裂参数展示了复杂的上地幔各向异性图像.统计分析表明,中国大陆存在较强的上地幔各向异性,平均的剪切波时间延迟为0.95 s,其中西部地区为1.01 s,东部地区为0.92 s.西部地区的各向异性强度略大于东部地区.在大尺度意义下,青藏高原及天山地区,其SKS波分裂和地表变形数据共同支持岩石圈变形模式,即地壳与岩石圈地幔是连贯变形的;东部地区的平均快波偏振方向近似平行于绝对板块运动方向,上地幔各向异性归因于软流圈流动.中部的鄂尔多斯至四川盆地一带为东、西部两种变形模式的过渡带,各向异性结构较为复杂,表现为"化石"各向异性和(或)双层各向异性.印度板块和欧亚板块的碰撞是中国大陆西部上地幔各向异性的主要影响因素,东部地区则与太平洋板块和菲律宾板块向欧亚板块俯冲有关.     

青藏高原东北缘壳幔各向异性研究:基于SKS和Pms震相分析

利用甘肃和青海两省固定宽频带地震台记录的远震波形资料,挑选高质量SKS震相,联合使用最小切向能量方法和旋转互相关方法获得230对高信噪比分裂参数;同时对接收函数中Pms震相随方位角的变化进行拟合,得到了24个台站的地壳各向异性分裂参数.整个区域SKS分裂快波方向均值为123°,Pms分裂快波方向均值为132°,且大部分区域SKS、Pms快波方向与地表构造走向相一致,说明青藏高原东北缘以岩石圈垂直连贯变形为主,地壳上地幔相互耦合.SKS、Pms分裂时差均值分别为1.0s和0.6s,显示地壳各向异性对于SKS分裂时差有较大贡献.昆仑断裂附近Pms、SKS分裂快波方向与昆仑断裂走向基本一致,说明昆仑断裂可能是岩石圈尺度深大断裂;而阿尔金断裂东缘二者快波方向显著差异意味着阿尔金断裂在东缘可能仅为地壳尺度的断裂.     

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56-1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.     

山东地区上地幔各向异性研究

通过分析山东地区数字地震台网37个宽频带地震台站的远震SKS波形资料,使用最小能量法和旋转相关法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波时间延迟,获得了山东地区上地幔各向异性图像.该研究区的各向异性快波方向基本呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.73-1.71 s.研究表明,山东地区上地幔存在明显的各向异性...     

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.     

利用莫霍面Ps震相研究中国东北地区地壳各向异性

利用中国东北地区布设的65套宽频带数字地震仪2009年6月—2011年6月记录的远震事件, 用时间域最大熵谱反褶积方法提取接收函数, 并用改进的剪切波分裂分析方法对该区地壳介质各向异性参数进行研究, 获得了该区地壳介质各向异性图像. 结果表明, 该区地壳介质各向异性快波偏振方向大致为北西向, 快慢波时间延迟在0.15—0.3 s之间; 但有7个台站下方地壳各向异性快波方向表现为北东向, 可能与当地复杂构造有关. 该区地壳各向异性快波偏振方向与主压应力场方向近乎垂直, 与板块移动方向基本一致, 与SKS/SKKS各向异性快波方向也基本一致. 推断本研究区地壳介质各向异性反映了该区的主张应力方向, 且主要各向异性来源于中下地壳, 暗示了壳-幔垂直变形的一致性.      

新疆地区S波分裂研究h

利用国家地震台网及中国地震局ldquo;十五rdquo;期间在新疆地区布设的宽频地震台站记录到的远震波形数据,采用最小能量法和旋转相关法分别对SKS、 SKKS震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质各向异性的分裂参数:快波的偏振方向（phi;）和慢波延迟时间（delta;t）．研究结果表明,塔里木盆地北缘、天山造山带和阿尔泰造山带大多数台站的快波偏振方向与台站下方构造走向方向接近,其快慢波分裂延迟介于0.8——1.8 s之间. 这与印度 欧亚碰撞导致的岩石圈缩短有关．相比而言,塔里木盆地和准噶尔盆地内部的各向异性强度明显要弱,表明其自前寒武形成以来并没有经历强烈的变形作用．阿尔金断裂带附近台站下方各向异性快波方向与断裂带的走向具有很强的相关性,表明该断裂已经切穿整个岩石圈．      

华东地区SKS波分裂研究

本文搜集整理了华东地区6个区域地震台网的宽频带数字地震台站SKS波记录资料, 使用最小切向能量的网络搜索法, 得到了华东地区157个台站下方上地幔各向异性参数。 测算结果表明, 华东地区各向异性快波偏振方向主体为NW—SE向、 南部近E—W向, 逐渐呈旋转趋势, 与绝对板块运动方向一致; 其各向异性主要来自于上地幔, 地壳与沉积层对各向异性影响较小; 研究区内地下浅部与深部物质的运动模式基本一致, 壳幔变形存在垂直连贯变形的特征。     

Azimuthal anisotropy in lithosphere on the Chinese mainland from observations of SKS at CDSN

Ａｚｉｍｕｔｈａｌ　ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ　ｉｎ　ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍａｉｎｌａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＫＳ　ａｔ　ＣＤＳＮ（郑斯华）（高原）Ａｚｉｍｕｔｈａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｌｉｔ...     

大别—苏鲁及邻区上地幔的各向异性

大别—苏鲁是扬子与华北的碰撞造山带,对该地区上地幔各向异性的研究有助于了解该区的地幔动力学机制.本文选用了中国数字化地震台网和区域数字地震台网(山东、安徽、江苏、河南、湖北)三分量宽频带的远震地震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法,对大别—苏鲁及邻区进行剪切波偏振分析,计算了研究区台站下方介质的各向异性分裂参数:快波偏振方向(Φ)和快慢波延迟时间(δt).本文研究结果发现,研究区内快、慢波延迟时间0.5~1.63 s,推测各向异性层深度为57.5~187.6 km,由软流圈和岩石圈地幔的各向异性共同作用引起.快波偏振方向在4个不同构造区表现出不同的特点:华北板块快波偏振方向为近E-W向,根据地质资料,我们分析认为华北板块的各向异性受地幔软流圈流动的影响明显;大别造山带各向异性平行于大别主构造,反映造山过程中岩石圈物质沿大别造山轴部NW-SE向迁移的特点; 在大别南侧和东侧的扬子板块快波偏振方向分别表现为近垂直于造山带走向和NEE-SWW,苏鲁造山带各向异性结果为NEE-SWW,与地表构造有一定的夹角,同时与板块运动方向相差较大,分析认为扬子板块和苏鲁造山带各向异性是由地幔软流圈流动和印支—燕山期构造运动残留在岩石圈地幔的"化石各向异性"共同作用的结果.     

中天山及邻区S波分裂研究及其动力学意义

本文利用天山及其邻区布设的37个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS和SKKS波震相进行了偏振分析,计算出了台站下方介质的S波分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明：中天山内部大多数台站的各向异性快波方向呈NEE-SWW向,与天山走向平行,慢波时间延迟为0.4～1.7 s,这是塔里木、哈萨克斯坦的南北双向俯冲及其导致的天山地区岩石圈地幔南北向缩短变形的直接反映.本文研究发现中天山北部部分台站下方地震各向异性快波方向与慢波延时随方位角呈现规律性的变化,可能暗示该区上地幔各向异性不能仅用单层水平各向异性这一简单模式来解释.75°E以西的天山地区台站下方S波快波方向和延时具有强烈的横向变化,可能与研究区下方存在的小规模对流有关.中天山不同地段地震台站下方各向异性明显不同,进一步证实了天山地区构造变形的复杂性.     

阿尔金断裂西部邻区的上地幔各向异性研究

本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地"克拉通"较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂:它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近EW向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地"克拉通"岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动"热侵蚀"而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈"活化"不仅可以在垂直方向发生(如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀),也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.     

Seismic anisotropy beneath the Chinese Mainland: Constraints from shear wave splitting analyses

We use earthquakes recorded by the China National Seismic Network from 2015 to 2019 and measure shear wave splitting parameters of SKS to study the anisotropic characteristics beneath the mainland of China. In general, the fast directions change from nearly E-W in western China (northwest China and Qinghai-Tibetan Plateau) to nearly N–S in central China (Ordos and Sichuan-Yunnan), and then turn to approximately E-W in eastern China (North and South China). The delay times of slow wave in eastern China are about 1.0–1.7 ​s, larger than those in central and western China (about 0.6–1.0 ​s). In addition, the fast directions in eastern China are highly consistent with the plate motion direction and horizontal GPS velocities with respect to Eurasia, indicating that the observed anisotropy is mainly from the asthenosphere which is strongly coupled to the overlying lithosphere. However, the fast directions in western China are mostly in accord with the strike of the surface structures (such as faults), possibly due to the directional arrangement of crystal lattices caused by shear deformation under tectonic activities.     

A Tertiary asthenospheric flow beneath the southern French Massif Central indicated by upper mantle seismic anisotropy and related to the west Mediterranean extension

Upper mantle flow beneath the French Massif Central is investigated using teleseismic shear wave splitting induced by seismic anisotropy. About 25 three-component stations (short period, intermediate and broadband) were installed during the period 1998-1999 in the southern Massif Central, from the Clermont Ferrand volcanic area to the Mediterranean Sea. Teleseismic shear waves (SKS, SKKS and PKS) were used to determine the splitting parameters: the fast polarization direction and the delay time. Delay times ranging between 0.7 and 1.5 s have been observed at most of the sites. The azimuths of the fast split shear waves trend homogeneously NW-SE in the southern Massif Central suggesting a homogeneous mantle flow beneath this area. The observed NW-SE direction differs from the N100°E Pyrenean anisotropy further south. It does not appear to be correlated to Hercynian structures nor to the present-day motion of the plate but is well correlated to the Tertiary extension direction. We propose that the opening of the western Mediterranean induced by the rotation of the Corsica-Sardinia lithospheric block and the roll-back to the SE of the Tethys slab may have generated a large asthenospheric mantle flow beneath the southern Massif Central and a deflection of the up going plume centered beneath the northern Massif Central toward the SE.     

云南地区SKS波分裂研究

根据云南数字地震台网和云南流动地震台网的台站,以及中国国家数字地震台网(CNDSN)腾冲台和昆明台,共计47个台站记录到的远震SKS波震相,计算了各个台站下方的各向异性,讨论并分析了各向异性层的深度、厚度、起因,进一步探讨了与青藏高原东南缘地区地球动力学有关的一些问题. 从得到的结果来看,云南北部的各向异性的快波偏振方向呈南北向,逐渐过渡到南部的近东西向,整体来看,有一旋转的趋势. 分析表明各向异性层主要分布于上地幔,时间延迟在058～188s,厚度在67～216km之间. 青藏高原存在垂直向隆升变形和东西向拉张变形外,地幔物质还向东南运移.     

青藏高原东北缘岩石圈厚度与上地幔各向异性

利用青海地震台网和甘肃地震台网2007-2009年记录的远震波形资料,提取S波接收函数和SKS分裂参数,得到了青藏高原东北缘的三维岩石圈厚度分布和上地幔各向异性特征.S波接收函数结果表明:昆仑-阿尼玛卿缝合带以南的松潘-甘孜地块东北缘和西秦岭造山带下方岩石圈较薄,厚度为125~135 km;昆仑-阿尼玛卿缝合带以北具有较厚的岩石圈,在昆仑和祁连地块下方岩石圈厚达145~175 km,并向柴达木盆地(175~190 km)和克拉通(鄂尔多斯南部约为170 km、阿拉善南缘约为200 km)下方增厚.上地幔各向异性结果显示:东北缘地区的SKS快波偏振方向为NW-SE向,与前人得到的昆仑断裂带南侧的快波方向存在较大差异,南侧自高原内部呈顺时针旋转,表明昆仑断裂带可能为上地幔变形的转换带.SKS快、慢波延迟时间为0.8~1.9 s,且在昆仑-阿尼玛卿缝合带以北,延迟时间与岩石圈厚度呈正相关关系,推断该区各向异性主要来源于地幔盖层的初期伸展变形.